東北地理所在乙烷驅動釩和TCE污染凈化方面取得新進展
地下水釩和氯代有機溶劑污染對人類健康構成嚴重威脅。生物還原是修復地下水污染的有效方法。關于乙烷作為電子供體驅動釩的生物還原過程，以及乙烷基膜生物反應器能否長期連續(xù)去除釩尚不明確。此外，乙烷與DCE、TCE在純培養(yǎng)條件下可實現(xiàn)好氧共代謝，但是關于乙烷驅動下的長期連續(xù)處理及其應用仍待考察。
本研究證實了乙烷作為電子供體可以實現(xiàn)釩的高效生物還原。隨著進水中V(V)負荷的增加，乙烷基膜生物反應器對V(V)的還原能力得到增強。生物膜中釩主要以V(IV)沉淀存在。乙烷氧化菌Mycobacterium和Methylocystis在O2參與下，利用烷烴1-單加氧酶、醇脫氫酶和醛脫氫酶等生成乙醇、乙醛和乙酸等代謝中間體，進而被釩還原菌Geothrix、Rudaea等利用，在NADH和細胞色素c氧化酶的作用下，在胞內和胞外將V(V)還原為V(IV)。研究結果有助于推動乙烷在地下水釩污染異位修復中的應用（Chi et al.,2024）。
該團隊還進一步構建了乙烷/氧氣基膜生物反應器，證實了在氧氣充足條件下，乙烷能好氧共代謝降解氯代烯烴，尤其是TCE和PCE。乙烷氧化菌Comamonadaceae在好氧條件下進行乙烷氧化，同時利用產生的非乙烷單加氧酶（如：丙烷單加氧酶等）進行氯代烯烴的共代謝降解和礦化。乙烷氧化生物膜的形成和相關單加氧酶的富集保證了氯代烯烴的高效去除。本研究為利用乙烷進行氯代有機溶劑的好氧共代謝降解提供新的視角（Chi et al.,2023）。
相關研究成果分別發(fā)表在生態(tài)環(huán)境領域Top期刊《Chemical Engineering Journal》（中國科學院一區(qū)，IF=13.3）和《Science of the Total Environment》（中國科學院一區(qū)，IF=8.2）上。論文由中國科學院東北地理所李懷副研究員（通訊作者）、吉林大學遲子芳教授（第一作者）、美國工程院院士Bruce E. Rittmann教授等共同完成。本工作得到國家自然科學基金項目（42077353）和中國科學院東北地理所自主部署項目（E255S106）共同資助。
相關信息如下：
Chi,Z.,Zhang,L.,Ju,S.,Li,W.,Li,H.,& Ren,X. (2024). Vanadium bioreduction in an ethane-based membrane biofilm reactor: Performance and mechanism. Chemical Engineering Journal,156468. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156468
Chi,Z.,Liu,X.,Li,H.,Liang,S.,Luo,Y. H.,Zhou,C.,& Rittmann,B. E. (2023). Co-metabolic biodegradation of chlorinated ethene in an oxygen-and ethane-based membrane biofilm reactor. Science of the Total Environment,905,167323. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167323
圖1 乙烷驅動釩污染凈化機制
圖2 乙烷驅動氯代有機物凈化機制
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